宇宙中會憑空冒出大腦嗎？物理學家認真思考了這個問題

圖片來源：briankoberlein.com

玻爾茲曼認為，高度有序的宇宙來源於熵的漲落，那麼漲落中也應該會出現許多低熵（有序）的自我意識，比如——一個孤單的大腦。這個設想也許有點離譜，但是要用邏輯推理證明它是錯的，卻又沒那麼容易。

作者 Mike Mcare

翻譯 文直男

審校 金庄維

縱觀宇宙學的歷史，其中不乏稀奇古怪的想法，波爾茲曼大腦無疑是最最詭異的想法之一。該假說認為，高度有序的人類大腦是由熵的隨機漲落產生的，因此人的意識也是粒子自發、隨機排列的結果。

如果這個理論讓你有些失望，那麼好消息是——至少有一位物理學家認為，人類的大腦不應該就這麼隨隨便便地憑空出現。

理論物理學家 Sean Carroll 提出，我們應當拒絕接受任何一個會發展出像玻爾茲曼大腦這樣荒誕的存在的宇宙模型。

無序宇宙中突現有序大腦

人類的意識在粒子的隨機排列中自發形成——這聽起來更像是上世紀中期科幻故事裡俗套而瘋狂的設定，但其背後確有邏輯基礎。該理論由十九世紀物理學家 Ludwig Boltzmann 提出。他認為，我們所處的宇宙是極難產生的。因為根據熱力學第二定律（熵增定律），一個孤立系統的總混亂度（即「熵」）不會減小，事物傾向於由有序向無序發展。

這便引出了一個有趣的問題：如果如熱力學定律所說，宇宙總是向無序發展，那麼為什麼會產生像人類意識這樣高度有序的存在呢？

一種答案是人擇原理：物質宇宙必須與能夠觀測它的智能生命相匹配。人類的大腦擁有自我意識，可以思考自己為何存在，因而我們所處的宇宙必須是一個特殊的宇宙，擁有特定的參數和物理定律，允許人類大腦的形成。這就像是 Douglas Adams （科幻作家，代表作：《銀河系漫遊指南》）的水坑自述：

「我發現我處於一個有趣的世界——或者說是一個有趣的洞——它相當適合我，實際上，可以說是驚人地適合我的存在，這個洞一定是特意為我打造的！」

玻爾茲曼的想法與人擇原理有些不同。他認為我們的意識（連同記憶）是熵的隨機漲落與漫長時間共同作用的結果，而非熵增宇宙中反常的有序產物。

玻爾茲曼認為，高度有序的宇宙來源於熵的漲落，那麼漲落中也應該會出現許多低熵（有序）的自我意識，比如一個孤單的大腦。這種孤單的大腦就被命名為波爾茲曼大腦。

圖片來源：Johan Swanepoel/Shutterstock

而如果時間足夠長，擁有自我意識的觀察者（波爾茲曼大腦）就可以憑空出現。這就像讓一隻猴子在打字機上隨意敲鍵盤，只要不停地敲下去，它必然能夠敲出莎士比亞的著作（無限猴子定理）。

詭異的是，即使你接受人擇原理，理論上說，你仍然更可能是個玻爾茲曼大腦。因為在漫長的歲月里，隨機產生的意識比任何其他結果（經過特殊的設計或安排）都要多。所以就統計學而言，波爾茲曼大腦假說更為保險。換句話說，你最可能是憑空出現的。

荒誕大腦甄別宇宙理論

顯然，很多人都認為「波爾茲曼大腦」有點離譜，但是要通過邏輯推理證明它是錯的可沒那麼容易。而 Carroll 提出了一個相當簡單的論據來論證，我們應當拋棄所有能夠產生像玻爾茲曼大腦這樣令人毛骨悚然的觀察者的宇宙模型。

假設你就是一個玻爾茲曼大腦，那麼，需要遠遠不止138.2億年（譯註：宇宙年齡）的時間，你才會是你。因此如果波爾茲曼大腦假說正確，那我們的觀測結果就是錯誤的，於是我們便無法相信自己對宇宙運行方式的觀察結果，「無法相信我們關於過去的記憶是準確的，」Carroll 如是說。

考慮到人類大腦可能在理解宇宙規律的過程中犯各種錯誤，同理，玻爾茲曼大腦也可能犯錯誤，這就產生了悖論：除非你的觀察、記憶是錯的，否則你不可能是你。

Carroll 把由這種悖論稱為「認知不穩定性」（cognitive instability），並且提出，如果相關的數學計算不支持玻爾茲曼大腦的存在，那麼我們就應當排除那些能夠產生波爾茲曼大腦的模型。

如果你認為這不是正經的科學，物理學家應該多花時間做一些有意義的事情，而不是來證偽這些虛無縹緲的假想，不妨聽聽 Carroll 對自己工作的看法。

在論文中他這樣寫到：「如果我們構建的宇宙學模型會將我們引向這樣一種窘境，那麼作為宇宙學家，我們的工作就是去修正模型直到問題得到解決，或者尋求一個更好的理論。」目前這篇論文還在同行評議中。

即便波爾茲曼大腦假說是真的，我們就是在某個周二的早餐後憑空出現的，那麼我們目前的所有觀測很有可能都是假的。所以，不用太在意啦~

當然，Carroll 的看法僅僅是他的個人觀點，儘管它對玻爾茲曼大腦的反駁看起來很有道理。

用這種方式剔除不太有用的宇宙學理論可能有點劍走偏鋒，但是它的確在一定程度上有所幫助，有助於我們在考慮問題時分清輕重緩急。除非，我們想要重新「憑空出現」一次。不過那樣的話，我們也不用考慮宇宙學理論什麼的了。

論文信息

【標題】Why Boltzmann Brains Are Bad

【作者】Sean M. Carroll

【時間】2 Feb 2017

【摘要】Some modern cosmological models predict the appearance of Boltzmann Brains: observers who randomly fluctuate out of a thermal bath rather than naturally evolving from a low-entropy Big Bang. A theory in which most observers are of the Boltzmann Brain type is generally thought to be unacceptable, although opinions differ. I argue that such theories are indeed unacceptable: the real problem is with fluctuations into observers who are locally identical to ordinary observers, and their existence cannot be swept under the rug by a choice of probability distributions over observers. The issue is not that the existence of such observers is ruled out by data, but that the theories that predict them are cognitively unstable: they cannot simultaneously be true and justifiably believed.

【地址】https://arxiv.org/pdf/1702.00850v1.pdf

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